Wat is Stirling Engine Hoe werkt Stirling Engine?

Wat is een Stirlingmotor? Hoe werkt de Stirlingmotor? Hoe werd de Stirlingmotor ontdekt? In welke gebieden wordt het gebruikt? Hoe wordt warmte-energie omgezet in bewegingsenergie? Details over Stirling-motoren staan in ons artikel.

Wat is een Stirlingmotor?

Een Stirlingmotor is een machine die de energie die wordt gegenereerd door de externe verwarming van een gesloten kamer omzet in mechanische energie. Ook wel heteluchtmotor genoemd. Terwijl de verwarmde lucht uitzet en samendrukt, begint de motor te bewegen. Het werd in 1816 uitgevonden door de Schotse priester, dominee Robert Stirling. De motor is ontwikkeld door zijn broer, James Stirling. In de tijd van de uitvinders werden door stoom aangedreven machines gebruikt en die waren behoorlijk gevaarlijk. Ze gingen op zoek naar een betrouwbaarder alternatief. Wat ze wilden was warmte-energie direct omzetten in bewegingsenergie.

Wat zit er in de Stirlingmotor?

Krachtzuiger (verdringer): Het dient om het gas in de gesloten kamer te verplaatsen. Het wordt over het algemeen gebruikt in motoren van het bèta- en alfatype.
Zuiger: Het helpt om warmte-energie om te zetten in mechanische energie door in de cilinders in de motor te bewegen.
Vliegwiel: Het is de structuur waaraan de zuigers zijn bevestigd. De taak van deze structuur is om de opgewekte mechanische energie over te brengen naar de bewegende delen.
Koeler: Het helpt het gas in de gesloten kamer af te koelen. Het helpt de motor langer te gebruiken.
Verwarming: Het is het belangrijkste onderdeel van de motor. Het wordt gebruikt om het gas in de gesloten kamer te verwarmen om de warmte-energie om te zetten in bewegingsenergie.

Bovendien kan het in sommige motortypes worden gebruikt in andere componenten dan deze. Dit is geheel ter beoordeling van de ontwikkelaars.

Werkingsprincipe van Stirling Engine:

Een Stirlingmotor werkt door herhaalde verwarming en koeling van een geïsoleerde hoeveelheid werkgas (meestal lucht of gassen zoals helium, waterstof).

Het gas vertoont gedrag gedefinieerd door de gaswetten (ten opzichte van druk, temperatuur en volume). Wanneer het gas wordt verwarmd, omdat het zich in een geïsoleerde ruimte bevindt, stijgt de druk en beïnvloedt de krachtzuiger, waardoor een arbeidsslag ontstaat. Wanneer het gas wordt afgekoeld, daalt de druk en als gevolg daarvan gebruikt de zuiger een deel van het werk dat bij zijn retourslag is gedaan om het gas opnieuw samen te drukken. Het resulterende netwerk creëert kracht op de spil. Het werkgas stroomt periodiek tussen de warme en koude warmtewisselaars. Het werkgas zit opgesloten in de zuigercilinders. Er is hier dus geen uitlaatgas. In tegenstelling tot andere typen zuigermotoren zijn kleppen niet nodig.

Sommige Stirling-motoren gebruiken een splitterzuiger om het werkgas heen en weer te bewegen tussen koude en hete tanks. Het werkgas beweegt door de cilinders op verschillende temperaturen te houden, dankzij de onderlinge verbinding van de krachtzuigers van de meerdere cilinders.

Bij echte Stirlingmotoren wordt tussen de tanks een regenerator geplaatst. Deze warmte wordt overgedragen van de regenerator wanneer de gaskringloop plaatsvindt tussen de warme en koude zijde. In sommige ontwerpen is de scheidingszuiger de regenerator zelf. Deze regenerator draagt bij aan de efficiëntie van de Stirling-cyclus. De structuur die hier als regenerator wordt genoemd, is eigenlijk een solide structuur die niet zal voorkomen dat er wat lucht doorheen gaat. Voor dit werk kunnen bijvoorbeeld stalen kogels worden gebruikt. Terwijl de lucht tussen een koude en een warme kamer beweegt, passeert het deze regenerator. Voordat de hete lucht het koude deel bereikt, laat het wat warmte-energie achter op deze ballen. Terwijl de koude lucht naar de warme kant gaat, warmt deze een beetje op met de eerder vrijgekomen warmte-energie. Met andere woorden, het verhoogt de efficiëntie van de motor door de lucht voor te verwarmen voordat deze het warme deel binnengaat en voor te koelen voordat het het koude deel binnengaat.

Een ideale Stirlingmotorcyclus heeft dezelfde theoretische efficiëntie als een Carnot-warmtemotor voor dezelfde inlaat- en uitlaattemperaturen. Het thermodynamische rendement is hoger dan bij stoommachines. (of enkele eenvoudige verbrandings- en dieselmotoren)

Elke warmtebron kan de Stirlingmotor aandrijven. Externe verbrandingsmotor, verbranding in de uitdrukking wordt vaak verkeerd begrepen. De warmtebron kan worden opgewekt door verbranding, maar kan ook zonne-energie, aardwarmte of kernenergie zijn. Evenzo kan de koudebron die wordt gebruikt om een temperatuurverschil te creëren, verschillende materialen zijn die lager zijn dan de omgevingstemperatuur. Koeling kan worden bereikt met behulp van koud water of een koelmiddel. Aangezien het temperatuurverschil dat uit de koude bron moet worden verkregen echter klein zal zijn, zal er met grotere massa's moeten worden gewerkt en zal het vermogensverlies dat zal optreden bij het pompen de efficiëntie van de cyclus verminderen. met de interne onderdelen van de motor. De levensduur van smeerolie in een Stirlingmotor is langer dan in verbrandingsmotoren.

Stirlingmotortypes

Er zijn 3 hoofdtypen Stirlingmotoren. Andere motortypes zijn verbeterde versies van 3 motoren.

Stirlingmotor van het Alpha-type:

Het bestaat uit twee zuigers, een vliegwiel, een gesloten gaskamer met de zuigers, warmtewisselaars, een warmtegenerator en een vliegwiel. Het is bedoeld om het gas erin te activeren door het gebied van de zuiger bovenaan te verwarmen met een warmtebron. Het verwarmde gas begint de zuiger heen en weer te duwen, de andere aangesloten zuiger begint te bewegen, zodat het warme en koude gas in de kamer worden verplaatst. De opgewekte energie wordt overgedragen met behulp van het vliegwiel waaraan deze twee zuigers zijn verbonden.

Stirlingmotor van het type beta:

Er zitten 2 zuigers op dezelfde as. Deze twee zuigers zijn met elkaar verbonden. Door de kamer met de zuiger aan de onderkant te verwarmen, wordt het gas in de gesloten kamer verwarmd en geactiveerd. Op deze manier begint de zuiger aan zijn opwaartse beweging. De andere aangesloten zuiger helpt ook het koude gas in de kamer te bewegen. Het vliegwiel, waaraan de zuigers zijn bevestigd, draagt de opgewekte energie over.

Stirlingmotor van het Gamma-type:

Er zijn twee afzonderlijke zuigers. De kamer met de grotere zuiger wordt verwarmd en het gas erin wordt geactiveerd. Op deze manier komen de met het vliegwiel met elkaar verbonden zuigers in beweging.

Voordelen van Stirlingmotoren

Omdat de warmte extern wordt toegepast, kunnen we het brandstof- en luchtmengsel nauwkeurig regelen.
Omdat een continue warmtebron wordt gebruikt om warmte te leveren, is de hoeveelheid onverbrande brandstof erg klein.
Dit type motor vereist minder onderhoud en smering dan motortypes op hun vermogensniveau.
Ze zijn vrij eenvoudig van structuur in vergelijking met verbrandingsmotoren.
Ze kunnen zelfs bij lage druk werken, ze zijn veiliger dan machines met stoombronnen.
Lage druk maakt het gebruik van lichtere en duurzamere cilinders mogelijk.

Nadelen van Stirlingmotoren

De kosten zijn hoog in termen van brandstofverbruik, omdat de nodige warmte nodig is bij de eerste start van de motor.
Het is best moeilijk om zijn macht naar een ander niveau te tillen.
Sommige Stirlingmotoren kunnen niet snel starten. Ze hebben voldoende warmte nodig.
Over het algemeen wordt waterstofgas gebruikt in een gesloten kamer. Wanneer de moleculen van dit gas echter vrij klein zijn, is het moeilijk om het in de kamer te houden. Daarom hebben we te maken met extra kosten.
Het koelere deel moet voldoende warmte opnemen. Bij te veel warmteverlies neemt het rendement van de motor af.

Toepassingsgebieden voor Stirlingmotoren

Stirlingmotoren worden gebruikt in vliegtuigmotoren met laag vermogen, scheepsmotoren, warmtepompen, warmtekrachtkoppelingssystemen. Tegenwoordig wordt het meestal gebruikt om elektriciteit op te wekken in zonnepanelenvelden.

Wat is een Stirlingmotor? Hoe werkt een Stirlingmotor?